Условия залегания подземных вод в земной коре
Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Условия залегания подземных вод в земной коре





Лекция №5

Гидрология подземных вод.

 

Вода в недрах Земли находится в жидком, твердом и газооб­разном состоянии. Она или свободно циркулирует по трещинам и порам горных пород и почв, подчиняясь силе тяжести, или нахо­дится в физически и химически связанном состоянии с минераль­ными частицами почв, грунтов и горных пород.

Теории и гипотезы происхождения подземных вод

Вопрос о происхождении подземных вод издавна привлекал к себе внимание исследователей. Долгое время существовали две теории, отрицавшие одна другую:

- теория инфильтрации, в которой утверждалось, что скопление под­земной воды есть результат просачивания атмосферных осадков в почву и грунт,

- теория конденсации доказывающая, что источником происхождения подземных вод яв­ляется водяной пар атмосферы, который вместе с воздухом попа­дает в холодные слои земной коры и там конденсируется.

К настоящему времени можно считать установленным, что ос­новным видом питания подземных вод зоны активного водообмена является инфильтрация (просачивание) атмосферных осадков. Часть подземных вод образуется путем конденсации и сорбции.

Единой точки зрения по вопросу формирования запасов под­земных вод в глубоких недрах земной коры в настоящее время нет. Различные взгляды отражены в трех основных гипотезах происхож­дения подземных вод:

1) Магматическое и метаморфическое. Воды возникают на больших глубинах из диссо­циированных ионов Н и О2 или паров воды, поднимающихся из магматической или метаморфической зоны. Начало этим водам дают газовые магматические выделения или воды, которые входят в состав гидратных минера­лов. На земную поверхность эти воды могут выходить в виде ми­неральных источников с высокой температурой



2) Седиментационное. К таким водам относятся воды древних морей, лагун, озер, накапливающиеся в осадочных тол­щах в процессе осадконакопления на дне водоемов. Воды эти, по­гребенные последующими отложениями, сохраняются в глубоких закрытых пластах в течение длительного геологического времени

3) Поверхностное - атмосферное.

 

Классификация подземных вод по условиям их происхождения

В соответствии с изложенными выше теориями и гипотезами подземные воды подразделяются на следующие группы.

1. Вадозные воды, подразделяющиеся на инфильтрационные — воды, просачивающиеся сквозь зернистые породы; инфлюационные — воды, втекающие с поверхности по трещинам и пустотам горных пород; конденсационные — воды, обра­зующиеся из парообразной влаги воздуха, заключенного в подземных порах, трещинах и других пустотах. Вадозные воды — поверх­ностного (атмосферного) происхождения, представляют в процессе их подземного стока одно из звеньев общего круговорота воды.

2. Ювенильные — воды магматического и метаморфического происхождения.

3. Седиментационные воды.

Выделить воды «однородного» генезиса затруднительно. В ходе геологической истории в одной и той же геологической структуре возможна смена вод различного происхождения.

Виды воды в порах горных пород и почв

Горные породы и почвы содержат различные виды воды. Ее свойства и способы передвижения определяются сочетанием грави­тационных и молекулярных сил, действующих между частицами воды и породы. Условия залегания подземной воды, ее запасы и качество в значительной степени определяются водно-физическими свойствами горных пород.

Одними из главных свойств породы, определяющими ее отно­шение к воде, являются пористость и скважность.

Пористо­сть - наличие в породах малых пустот — капиллярных пор.

Скважность — наличие в породах более крупных, нека­пиллярных промежутков — скважин различного происхождения и формы.

Иногда совокупность всех пустот объединяют в понятие общей пористости.

Величина пористости ропределяется отношением объема vпор к объему породы в сухом состоянииV. Она выражается в процен­тах в виде:

 

р = vпор/V *100% или в долях единицы.

 

Пористость рыхлых осадочных пород зависит от размера ча­стиц, их формы, степени отсортированности и характера располо­жения. Пористость более или менее однородных песков при диа­метре зерен около 1 мм составляет 30-35%, галечников с пес­ком 15-20%. С увеличением глинистости породы пористость ее увеличивается. Пористость глины 40-45% и более. Пористость песка меньше, чем суглинка, и значительно меньше, чем глины.

Пористость почв, главным образом суглинистых и глинистых, в значительной степени зависит от их структуры: структурных почв больше, чем бесструктурных. Пористость разных почв и разных горизонтов одной и той же почвы изменяется в широких пределах, примерно от 25 до 80%. В торфах и лесных подстилках она может превышать 90%, в перегнойных горизонтах минеральных почв раз­ных типов изменяется в пределах 50-60%. При оглеении почв структура их нарушается и вследствие этого пористость уменьша­ется до 25-30%.

Пористость почв и пород определяет важные водные свойства: водопроницаемость, водоотдачу и водоудерживающую способность.

1. Водоудерживающая способность характеризуется влагоемкостью, т. е. тем количеством воды, которое удерживается в почвах и горных поро­дах при определенных условиях. Она выражается в % отноше­нием веса или объема воды, содержащейся в породах, соответст­венно или к весу сухой породы, или к ее объему. В зависимости от степени насыщенности почв и пород водой и тех сил (капил­лярных, адсорбционных), которые удерживают в них воду, влагоемкость подразделяется на несколько категорий. Наиболее часто употребляются следующие понятия:

- полная влагоемкость (ПВ), или водовместимость, характеризуется наибольшим количеством влаги, которое может вмещать порода при полном заполнении всех пор;

- капиллярная влагоемкость (KB) — наибольшее количество капиллярно-подпертой влаги, которое может содержаться в по­роде. Это величина переменная, зависящая от высоты слоя, для которого она определяется, над уровнем свободной воды;

- наименьшая влагоемкость (НВ), или полевая влагоемкость, характеризуется количеством влаги, которое почва или грунт спо­собны удержать в подвешенном состоянии силами капиллярного и адсорбционного действия; соответствует ка­пиллярной подвешенной влаге.

Горные породы подразделяются на:

- сильновлагоемкие - торф, глина, суглинки;

- слабовлагоемкие - мер­гели, мел, рыхлые песчаники, глинистые мелкие пески, лёсс;

- невлагоемкие - крупнообломочные породы: галька, гравий, песок и массивные изверженные и осадочные породы.

Содержание воды в почвах и породах в весовых или объемных единицах на какой-либо момент времени называется естествен­ной влажностью. Обычно естественную влажность выра­жают отношением (в %) веса воды к весу минеральной части породы:

где Р1иР2соответственно вес образца породы до и после высу­шивания.

Влажность почв часто выражают в миллиметрах слоя воды А, содержащейся в почве:

где g — удельный вес почвы; Н— мощность почвенного слоя в сантиметрах. Объем воды слоем 1 мм на площади 1 гектар составит 10 м3.

2. Водоотдача — способность породы, насыщенной водой, отда­вать путем свободного стенания то или иное количество воды. Ха­рактеризуется коэффициентом водоотдачи, т. е. отношением объема стекающей из насыщенной породы воды к объему всей породы, и выражается либо в долях от единицы, либо в процентах.

3. Водопроницаемость — способность породы пропускать че­рез себя воду.

Водопроницаемость и водоотдача зависят от по­ристости, от размера и формы пор породы. Чем больше диаметр пор, тем лучшей водопроницаемостью и большей водоотдачей об­ладают породы.

Водопроницаемость почв, помимо их природных свойств, за­висит также от степени их окультуренности.

На водопроницаемость почв оказывает влияние наличие в них защемленного воздуха. Изо­лированные скопления последнего в порах почвы сокращают жи­вое сечение пор, через которое может просачиваться вода. Водо­проницаемость почв не остается постоянной: сухая почва обладает большей водопроницаемостью, при насыщении почвы водой про­исходит набухание почвенных коллоидов, что приводит к сужению почвенных пор, разрушению структурных отдельностей и как следствие к уменьшению водопроницаемости.

По степени водопроницаемости породы подразделяются на (Рис. 1):

1. Водопроницаемые - грубозернистые или грубообломочные породы (галечник, гравий, песок) и массивные тре­щиноватые породы (мрамор, гранит, известняк).

2. Водонепроницаемые (водоупорные) - породы, которые через себя воду практиче­ски не пропускают или пропускают очень мед­ленно. Это плотные массивные монолитные породы (мрамор, гра­нит, базальт) или осадочные мелкозернистые породы (глины, гли­нистые сланцы). Их водопроницаемость в естественных условиях настолько мала, что ею можно пренебречь, а коэффициент водо­отдачи близок к нулю.

3. Полупро­ницаемые -глинистые пески, лёсс, торф, песчаники, порис­тые известняки, мергели и др.

При изучении водных свойств зернистых пород и почв необ­ходимо иметь представление о размере зерен. С этой целью про­изводят механический (гранулометрический) анализ пород. Сущность этого анализа заключается в разделении образца породы на порции (фракции определенных диаметров зерен) и в перечислении фракций в процентные отношения к весу всего образца. По данным механического анализа в неоднородной породе, состоящей из частиц различного диаметра, выделяют дей­ствующую (эффективную) величину зерен. Считается, что проса­чивание воды через фракции данного диаметра соответствует про­сачиванию воды в природной смеси данной пробы.

 

Рис. 1. Образование подземных вод

 

Виды воды в порах

Всю влагу в порах породы можно разделить на ряд катего­рий — видов, для которых в данный момент характерно передвиже­ние под преобладающим влиянием той или иной силы или сочета­ния сил. Категории эти несколько условны, так как разграничить их вполне четко невозможно (Рис. 2).

Приведем крат­кую характеристику различных форм подземной воды.

1. Химически связанная, или конституционная, вода — входит в молекулу вещества гидроксильной группой, например Fе2О3+ЗН2О → 2Fе(ОН)3. Удаление химически свя­занной воды при прокаливании сопровождается распадом мине­рала.

2. Кристаллизационная вода — является составной ча­стью многих минералов, например гипса (CaSO4*2H2O), и уда­ляется из породы нагреванием до 100-200°С или химическим путем.

3. Парообразная вода — находится в порах и пустотах пород и перемещается, как уже указывалось, главным образом под влия­нием разности упругостей пара из областей с большей упругостью в области с меньшей.

4. Гигроскопическая вода — это вода, адсорбированная ча­стицами породы из воздуха. При относительной влажности воз­духа в порах, близкой к насыщению, влажность породы достигает некоторого состояния, называемого максимальной гигроскопично­стью. Гигроскопическая и максимально гигроскопическая вода прочно связана с частицами минерального грунта. Диполи ее строго ориентированы к поверхности минеральных частиц. Коли­чество слоев молекул адсорбированной воды при максимальной гигроскопичности, по данным различных исследователей, варьи­рует в широких пределах.

Максимальная гигроскопичность увеличивается с увеличением суммарной поверхности частиц породы в единице объема, вот по­чему она в мелкозернистых грунтах больше, чем в крупнозерни­стых.

Гигроскопическая вода перемещается из одних слоев в другие путем перехода в парообразное состояние. Она может быть от­делена от породы только нагреванием. Это свойство резко отличает гигроскопическую воду от других видов воды в породах.

5. Пленочная вода — обволакивает частицы породы сверх мак­симальной гигроскопичности. Эта вода адсорбируется из жидкой фазы. Она менее прочно связана с минеральными частицами и относится к категории рыхлосвязанной. Растениями усваивается с трудом. Передвигается от частицы к частице под влиянием сорбционных сил.

6. Капиллярная вода — заполняет сравнительно мелкие поры породы. Она удерживается и передвигается в почво-грунтах под влиянием капиллярных (менисковых) сил из зоны большего увлаж­нения в зону меньшего увлажнения. Сила тяжести воды при этом (гидростатическое давление) играет под­чиненную роль, частично противодейст­вуя капиллярному подъему воды вверх и способствуя капиллярному передвижению вниз и по уклону. Различают капилляр­ную воду подпертую и подвешенную. В первом случае капилляры в нижней ча­сти соприкасаются с подземной водой. Во втором случае капиллярная вода нахо­дится в подвешенном состоянии и отде­лена от оформленного водоносного гори­зонта. Удерживается вода в капилляре равнодействующей силой менисков. Явле­ние удержания воды в подвешенном со­стоянии может быть длительным, при этом сколько-нибудь заметного передви­жения влаги вниз не наблюдается. Слои почво-грунтов, лежащие ниже, имеют меньшую влажность, чем те, в которых находится подвешенная вода. Явление это часто наблюдается в условиях нашего юга.

Этот слой назван мертвым горизонтом, или горизонтом иссушения. Мощность этого мертвого горизонта может достигать нескольких метров. Внизу он постепенно переходит в капиллярную кайму подземных вод.

Рис. 2. Схема различных состояний воды в почве

 

1 - частицы почвы с непол­ной гигроскопичностью; 2 - частицы почвы с макси­мальной гигроскопичностью; 3, 4 - частицы почвы с пле­ночной водой; 5 - частицы почвы с гравитационной во­дой.

 

7. Гравитационная, или свободная, вода — заполняет не­капиллярные пустоты породы. Под влиянием силы тяжести проса­чивается в породе сверху вниз в виде отдельных струй (при не­полном насыщении породы) или фильтруется в толще насыщен­ной водой породы в направлении падения уровня подземных вод. Гравитационная вода передает гидростатический напор, под действием которого воды могут подниматься вверх, как в со­общающихся сосудах.

В твердом состоянии вода в породах встречается либо в составе мерзлых почв, либо в виде льда (пещерного, ископае­мого).

8. Внутриклеточная вода — содержится в неполностью раз­ложившихся остатках растений в почве. В большом количестве такая вода содержится в болотных почвах и особенно в торфах.

Различные формы воды в почвах и горных породах обычно присутствуют одновременно в многообразных сочетаниях в зави­симости от степени увлажненности, поступления и расходования влаги в тех или иных слоях земной коры. Значительная масса воды в почвах и горных породах находится в связанном состоянии. Связанная вода непосредственно не участвует в круговороте воды и не питает реки, озера, болота. Ее нельзя извлечь из почво-грунтов искусственным дренажем. Частично некоторые виды ее из верхних горизонтов используются растениями.

 

Вода в почве

Вода в почве находится в основном в связанном состоянии. Она удерживается на поверхности почвенных частиц и перемещается в по­чве под влиянием молекулярных и капиллярных сил. В местах избы­точного увлажнения в почве может находиться и свободная, проса­чивающаяся гравитационная вода. Встретив на своем пути водо­упорный или относительно водоупорный слой в пределах почвенного разреза или в подпочвенном слое ниже границы корнеобитаемого слоя, вода накапливается, заполняет поровое пространство вы­шележащего слоя и образует так называемый горизонт грави­тационной подпертой влаги.

Если эти воды находятся целиком в почвенном слое и не имеют гидравлической связи с ниже­расположенными грунтовыми водами, они называютсяпочвен­ными водами. Почвенные воды почти всегда являются временными. Они обра­зуются обычно весной, в отдельных местах осенью, при просачива­нии талых или дождевых вод. В степных районах они распростра­нены не повсеместно, чаще встречаются под «степными блюдцами», лесными полосами и в поймах рек.

Если эти воды гидравлически связаны с грунто­выми водами (постоянно или временно), они называются почвенно-грунтовыми. Почвенно-грунтовые воды ши­роко распространены в зоне избыточного увлажнения, где уровень грунтовых вод расположен близко к поверхности и иногда дости­гает ее, способствуя процессу заболачивания.

Иногда почвенные и почвенно-грунтовые воды называют верховодкой. К верховодке также относят спорадические, распространенные, вре­менные, обычно сезонные скопления грунтовых вод в зоне аэрации, расположенные в виде отдельных линз.

Почвенные воды, так же как и грунтовые, приобре­тают свойство гидростатической сплошности, способны передавать гидростатическое давление и вытекать из стенки естественного или искусственного разреза, а также стекать по уклону водоупорного слоя. Такое движение в почвенном слое называют внутрипочвенным стоком.

В теплую часть года, особенно в период вегетации, вода из почвы интенсивно расходуется на испарение и главные образом на транспирацию растениями. К концу лета запасы влаги в почве стано­вятся ограниченными, а сама влага порой недоступной для ра­стений.

 

Напорные воды (Рис. 4)

Напорные воды (артезианские под­земные воды) -воды, насыщающие водопроницаемый слой, заключенный между водоупорными породами, и обладающие гидростатическим напором.

Напорные воды обычно приурочены к гео­логическим структурам осадочных пород при соответствующем на­пластовании водопроницаемых и водоупорных слоев или к сложной системе тектонических трещин и сбросов.

Геологическая структура (впадина, мульда, синклиналь, моноклиналь и т. п.), содержащая один или несколько водоносных горизонтов и обеспечивающая на­пор в них, называется артезианским бассейном.

В арте­зианском бассейне обычно выделяют:

- область питания,

- область на­пора,

-в некоторых случаяхобласть стока (разгрузки) напорных вод.

Площади, занимаемые артезианскими бассейнами, колеб­лются в очень широких пределах.

При вскрытии кровли напорного водоносного горизонта буровой скважиной вода под гидростатическим давлением поднимается выше кровли водоносного пласта и иногда достигает поверхности земли или даже фонтанирует (Рис. 5).

В напорном водоносном го­ризонте, таким образом, выделяют геометрический уровень, совпа­дающий с нижней поверхностью водоупорной кровли водоносного слоя, и гидростатический, или пьезометрический уровень, совпа­дающий с уровнем подъема воды в скважинах. Напор в каждой точке водоносной породы измеряется высотой, на которую подни­мается вода в скважине над нижней поверхностью водоупорной кровли при вскрытии водоносного пласта. По мере погружения пла­ста напор обыкновенно увеличивается.

Рис. 5. Схема строения артезианского бассейна.

1 - водонепроницаемые породы; 2 - напорный водонос­ный слой; 3,4 -скважины; 5 - направление потока; ВС - пьезометрический уровень, BNC нижняя поверхность водо­упорной кровли, Н1, Н2: — высота напора.

 

Движение подземных вод

Просачивание воды в почву

Впитывание, или инфильтрация, — процесс проникно­вения влаги в почву. Передвижение ее от слоя к слою в условиях различной степени насыщения водой нижерасположенных горизон­тов почво-грунтов относится к процессу просачивания. Процесс этот сложный и состоит из нескольких стадий.

Чаще выделяют две ста­дии: впитывания и фильтрации.Вода атмосферных осадков, попа­дая на сухую почву, в начальный момент подвергается действию сорбционных и капиллярных сил и интенсивно поглощается поверх­ностью почвенных частиц. Постепенно поры малого сечения запол­няются и движение воды в стадии впитывания осуществляется в виде пленочного и капиллярного перемещения. При полном насы­щении всех пор движение воды в стадии фильтрации происходит под преобладающим действием силы тяжести и характеризуется за­коном ламинарного движения. В почво-грунтах всегда имеются крупные пустоты, трещины, ходы корневой системы расте­ний, по которым вода с поверхности почвы в форме капельно-струйчатого (турбулентного) движения может проникать на ту или иную глубину. Этот процесс называют инфлюацией. Соотношение между всеми формами движения меняется в широких пределах в зависимости от влажности почво-грунтов, их механического со­става, культурной обработки, наличия воздушных пробок и т. п.

Количественные характеристиками впитывания, или инфиль­трации:

- интенсивность впитывания - количество воды в миллиметрах слоя, поглощенной почвой в единицу времени (мм/мин).

- суммарная величинавпитывания - слой воды, поглощенной почвой за некоторый промежуток времени, выражается в мм.

Интенсивность впитывания зависит не только от водных свойств почво-грунтов, но в значительной степени определяется и их влаж­ностью. Если почва сухая, она обладает большой инфильтрационной способностью и в первый период времени после начала дождя интенсивность впитывания близка к интенсивности дождя. С уве­личением влажности почво-грунтов интенсивность инфильтрации по­степенно уменьшается и при достижении полной влагоемкости в ста­дии фильтрации становится постоянной, равной коэффициенту фильтрации данного почво-грунта.

Впитывание воды происходит и в мерзлую почву во время снеготаяния, но такое состояние почвы существенно замедляет процесс инфильтрации и фильтрации. При этом интенсивность процесса за­висит от начальной влажности перед замерзанием.

 

Формула Дарси

В природе существуют два вида движения воды:

1. Ламинарное свойственно движению воды в мелкозернистых породах. Скорости движения в них невелики и из­меряются метрами или даже сантиметрами в сутки.

2. Турбулентное –вкруп­нообломочных и трещиноватых породах, где скорости движения воды значительно больше.

В обоих случаях движение воды в водоносных слоях со свободной поверхностью совершается под влиянием гидростатического напора от мест с более высоким уровнем к местам с более низким уровнем.

В естественных условиях вода передвигается по направлению к выходам источников, к от­крытым водоемам, если уровень в последних стоит ниже, чем уро­вень воды в водоносном пласте, и, наоборот, может уходить из во­доемов в грунт при обратном соотношении уровней. Движение воды в водоносном пласте может быть вызвано искусственно откачкой воды из колодца, искусственным дренажем.

Наиболее изучен закон движения воды в мелкозернистых поро­дах — в песках с мелкими, преимущественно капиллярными порами (Рис. 6). Движение воды в случае фильтрации подчиняется закону Дарси, выражаемому формулой

где Q — количество воды в м3/с, протекающей в единицу времени через данное поперечное сечение породы площадью Fм2; Кнеко­торая величина, называемая коэффициентом водопроводимости или коэффициентом фильтрации; h — напор; l — длина пути фильтрационного потока в метрах.

Рис. 6. Разрез участка подземного потока.

Величина напора определяется по разности уровней в двух се­чениях потока, т. е. h = H1 - H2, где H1 и H2 — высота уровней в точках АиВ. Под влиянием напора вода из сечения АА1перемещается в направлении сечения BB1.

Отношение i есть паде­ние напора на единицу длины пути фильтрации, т. е. напорный градиент, или гидравлический уклон, и обозначается

i =h/l.

Разделив обе части равенства на площадь F, получим

где v =Q/F.

Величина vносит название скорости фильтрации.

Скорость фильтрации не является действительной скоростью движения воды в порах породы, она представляет фиктивную (приведенную) ско­рость движения воды. Площадь поперечного сечения потока Fвформуле принята равной площади поперечного сечения по­роды, тогда как в действительности вода передвигается в породе только по порам и площадь сечения потока равна общей площади пор. Чтобы получить действительную скорость движения вод в по­рах грунта и, надо расход воды Q разделить на площадь, занятую порами, т. е.

где ркоэффициент пористости.

Действительная скорость движения воды боль­ше скорости фильтрации (u>v),так как коэф­фициент пористости меньше единицы.

Коэффициент фильтрации численно равен ско­рости фильтрации при i = l и может быть выра­жен в см/с, м/сут и т. п. (Табл. 1).

Коэффициент фильтрации может быть опре­делен путем лабораторного анализа в специаль­ных приборах, загруженных испытуемым грунтом, а также на основании механического анализа грунта с последующим применением эмпиричес­ких формул расчета.

 

Таблица 1

Ориентировочные значения коэффициента фильтрации рыхлых горных пород

  Порода Коэффициент фильтрации, м/сут   Порода Коэффициент фильтрации, м/сут
Глина Суглинок легкий Супесь Лёсс 0,001 0,05—0,10 0,10—0,50 0,25—0,50 Песок мелкозернистый Песок крупнозернистый Гравий Галечник 1—5 20—50 20—150 100—500

Установлено, что коэффициент фильтрации зернистых грунтов зависит от величины пористости, действующей величины зерен грунта и вязкости фильтрующейся воды, которая в свою очередь за­висит от температуры воды. Все эти величины в явном или скрытом виде входят в предложенные эмпирические формулы расчета коэф­фициента фильтрации.

Источники

На склонах долин, оврагов, по склонам гор, в пониженных ме­стах котловин весьма часто наблюдаются выходы водоносных пла­стов на поверхность земли. Если водоносный пласт обнажен до уровня циркулирующих в нем вод, то в месте пересечения зеркала подземных вод с поверхностью земли подземные воды выходят на поверхность.

Различают:

- пластовые выходы -равномерное увлажнение склона на относительно большом расстоянии вдоль пересечения его с водоносным пластом;

- источники (родники) - сосредоточенные выходы подземных вод в виде отдельных струй или потоков.

По характеру выхода и условиям питания источники подразделяются на:

- нисходящие -свободный сток воды из водоносных горизонтов (обыч­но грунтовой и межпластовой) со свободной поверхностью;

- восходящие - выходы напорных вод.

В карстовых областях формируются довольно мощные источ­ники с расходом воды в отдельных случаях до нескольких кубиче­ских метров в секунду. По способу выхода на поверхность источ­ники карстовых областей очень разнообразны.

Наиболее распространены:

- переливные -выходы грунтовых вод из водоносного горизонта, залегающего на вогнутой поверхности водоупора (рис. 7). Режим этих источников неустойчив; с па­дением уровня дебит источника быстро уменьшается и наоборот. К данному типу относится известный источник Воклюз во Франции. По названию этого источника подобные переливные источники полу­чили наименование воклюзских.

- перемежающиеся или сифонные -характерно наличие резервуара — пещеры, в которой накапливается вода, и от­водного канала в форме сифона. Источник действует только тогда, когда вода в резервуаре достигает уровня верхнего колена сифона.

Рис. 7. Переливной (а) и сифонный (б) источники.

 

Восходящие источники характерны для областей со сложной тектоникой. Часто они приурочены к зонам тектонических разрывов. В этом случае вода по трещинам с некоторой глубины под гидро­статическим давлением, давлением пара или газа поднимается на поверхность. Восходящие источники обладают обычно большим де­битом и иногда высокой температурой.

Источники, выбрасывающие воду под действием давления паров воды, имеющих на некоторой глубине температуру выше 100°С, на­зываются гейзерами. Гейзеры действуют периодически.

 

Минеральные воды

Понятие о минеральных водах

Минеральными принято называть такие воды, которые в силу своего особого химического состава или физических свойств (ра­диоактивности, повышенной температуры) оказывают определенное воздействие на организм человека. Эти воды часто относятся к категории лечебных.Величина минерализации является важным критерием, однако отождествлять минерализованные воды с мине­ральными нельзя: известны минеральные воды с малой минерали­зацией. Лечебные свойства минеральным водам придает содержа­ние в них некоторых характерных ионов и газов (Таблица 2).

Таблица 2

Содержание характерных ионов и газов в минеральных водах

  Ионы и газы   Минерализация (мг/л), свыше   Ионы и газы   Минерализация (мг/л), свыше
Свободный угле­кислый газ Сероводород Литий Стронций Железо Фтор Бром Иод Мышьяковая кис­лота Борная кислота Барий    

Подземные минеральные воды в большинстве случаев предста­влены минеральными источниками, самоизливающимися на поверх­ность под гидростатическим напором или давлением газов. Наибо­лее крупные из них обычно связаны с зонами тектонических раз­рывов. По содержанию ионов и соотношению между ними минеральные воды очень разнообразны. Однако, несмотря на их разнообразие, можно наметить отдельные области с преобладанием того или иного состава вод. Распределение основных типов мине­ральных вод связано с геотектоническим расчленением земной коры на зоны альпийской складчатости и участки платформ.

 

 

Лекция №5

Гидрология подземных вод.

 

Вода в недрах Земли находится в жидком, твердом и газооб­разном состоянии. Она или свободно циркулирует по трещинам и порам горных пород и почв, подчиняясь силе тяжести, или нахо­дится в физически и химически связанном состоянии с минераль­ными частицами почв, грунтов и горных пород.

Теории и гипотезы происхождения подземных вод

Вопрос о происхождении подземных вод издавна привлекал к себе внимание исследователей. Долгое время существовали две теории, отрицавшие одна другую:

- теория инфильтрации, в которой утверждалось, что скопление под­земной воды есть результат просачивания атмосферных осадков в почву и грунт,

- теория конденсации доказывающая, что источником происхождения подземных вод яв­ляется водяной пар атмосферы, который вместе с воздухом попа­дает в холодные слои земной коры и там конденсируется.

К настоящему времени можно считать установленным, что ос­новным видом питания подземных вод зоны активного водообмена является инфильтрация (просачивание) атмосферных осадков. Часть подземных вод образуется путем конденсации и сорбции.

Единой точки зрения по вопросу формирования запасов под­земных вод в глубоких недрах земной коры в настоящее время нет. Различные взгляды отражены в трех основных гипотезах происхож­дения подземных вод:

1) Магматическое и метаморфическое. Воды возникают на больших глубинах из диссо­циированных ионов Н и О2 или паров воды, поднимающихся из магматической или метаморфической зоны. Начало этим водам дают газовые магматические выделения или воды, которые входят в состав гидратных минера­лов. На земную поверхность эти воды могут выходить в виде ми­неральных источников с высокой температурой

2) Седиментационное. К таким водам относятся воды древних морей, лагун, озер, накапливающиеся в осадочных тол­щах в процессе осадконакопления на дне водоемов. Воды эти, по­гребенные последующими отложениями, сохраняются в глубоких закрытых пластах в течение длительного геологического времени

3) Поверхностное - атмосферное.

 

Классификация подземных вод по условиям их происхождения

В соответствии с изложенными выше теориями и гипотезами подземные воды подразделяются на следующие группы.

1. Вадозные воды, подразделяющиеся на инфильтрационные — воды, просачивающиеся сквозь зернистые породы; инфлюационные — воды, втекающие с поверхности по трещинам и пустотам горных пород; конденсационные — воды, обра­зующиеся из парообразной влаги воздуха, заключенного в подземных порах, трещинах и других пустотах. Вадозные воды — поверх­ностного (атмосферного) происхождения, представляют в процессе их подземного стока одно из звеньев общего круговорота воды.

2. Ювенильные — воды магматического и метаморфического происхождения.

3. Седиментационные воды.

Выделить воды «однородного» генезиса затруднительно. В ходе геологической истории в одной и той же геологической структуре возможна смена вод различного происхождения.

Виды воды в порах горных пород и почв

Горные породы и почвы содержат различные виды воды. Ее свойства и способы передвижения определяются сочетанием грави­тационных и молекулярных сил, действующих между частицами воды и породы. Условия залегания подземной воды, ее запасы и качество в значительной степени определяются водно-физическими свойствами горных пород.

Одними из главных свойств породы, определяющими ее отно­шение к воде, являются пористость и скважность.

Пористо­сть - наличие в породах малых пустот — капиллярных пор.

Скважность — наличие в породах более крупных, нека­пиллярных промежутков — скважин различного происхождения и формы.

Иногда совокупность всех пустот объединяют в понятие общей пористости.

Величина пористости ропределяется отношением объема vпор к объему породы в сухом состоянииV. Она выражается в процен­тах в виде:

 

р = vпор/V *100% или в долях единицы.

 

Пористость рыхлых осадочных пород зависит от размера ча­стиц, их формы, степени отсортированности и характера располо­жения. Пористость более или менее однородных песков при диа­метре зерен около 1 мм составляет 30-35%, галечников с пес­ком 15-20%. С увеличением глинистости породы пористость ее увеличивается. Пористость глины 40-45% и более. Пористость песка меньше, чем суглинка, и значительно меньше, чем глины.

Пористость почв, главным образом суглинистых и глинистых, в значительной степени зависит от их структуры: структурных почв больше, чем бесструктурных. Пористость разных п









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2018 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.